变频器在数控机床中的应用

2018-02-15李同成孙志华张冰

西部皮革 2018年4期

李同成，孙志华，张冰

(山东滨州渤海活塞有限公司，山东滨州256602)

1　变频器的工作原理及应用选型

1.1　变频器的工作原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流器件、中间直流部分、逆变器件和控制器件4个部分组成。

1.2　变频器的应用选型需注意以下几点:

1)采用变频器的目的;

2)变频器的负载类型;

3)变频器与负载的匹配问题;

许多数控机床因在加工过程中需要无级变速，所以主轴采用变频器控制。例如:主轴电动机功率11KW，根据设备的特性和功率选用了ATV71HD11N4Z383型电动机用变频器，因其功率较大，我们在选用所配制动电阻的同时一并选用了相应的制动单元以提高其制动能力。根据机床的功能、负载及其匹配选用合理的变频器不仅达到了机床的设计要求，而且提高了机床的性能，延长了其使用寿命。

2　基本参数的配置与优化

变频器功能参数有很多，一般都有数十个甚至上百个参数供用户选择。在实际应用中，没必要对每一个参数都进行设置和调试，多数只要采用出厂设定值即可。但有些参数由于和实际使用情况有很大关系，并且有的还相互关联，因此要根据实际进行设定和调试。由于不同类型变频器功能有所差异，而相同功能参数的名称也不一定相同，以我们现用的施耐德变频器基本参数名称为例。

2.1　加减速时间

将加减速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳闸;加减速时间设定要点是:防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。在调试中经常采取按负载和经验先设定较长加减速时间，通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警;然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出最佳加减速时间。

2.2　转矩提升

转矩提升又叫转矩补偿，是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低，而把低频率范围V/F增大的方法。设定为自动时，可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩，使电动机加速顺利进行。如采用手动补偿时，根据负载特性，尤其是负载的起动特性，通过试验可选出较佳曲线。对于变转矩负载，如选择不当会出现低速时的输出电压过高，而浪费电能的现象，甚至还会出现电动机带负载起动时电流大，而转速上不去的现象。

2.3　电子热过载保护

为保护电动机过热而设置，它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升，从而进行过热保护。

2.4　频率限制

即变频器输出频率的上、下限幅值。频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障，而引起输出频率的过高或过低，以防损坏设备的一种保护功能。在应用中按实际情况设定即可。此功能还可作限速使用，将车床限制在一定速度内，不会因为速度过高损坏机床和危险事故的发生。

3　运行过程中存在的问题及其对策

3.1　过载

过载是变频器比较频繁的故障，平时看到过载现象我们首先应该分析一下到底是电机过载还是变频器自身过载，由于马达过载能力较强，只要变频器参数表的电机参数设置得当，一般不会出现电机过载。而变频器本身由于过载能力较差很容易出现过载报警。变频器过载经常是因为加速时间短、直流制动量大或电网电压太低等原因引起，一般可以通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等解决。

3.2　过流

过流是变频器报警最为频繁的现象。当电流过大时变频器启动过流保护，变频器停止工作。我们首先要排除由于参数问题而导致的故障，可以从外部电器和变频器本身分析过流原因。

3.3　过压、欠压

过电压报警一般是出现在停机的时候，其主要原因有可能是减速时间太短或制动电阻及制动单元损坏造成的。而欠压也是我们在使用中经常碰到的问题，主要是因为主回路电压太低，整流桥某一路损坏或可控硅三路中有工作不正常的都有可能导致欠压故障的出现，也有可能主回路接触器损坏导致直流母线电压损耗，在充电电阻上面有可能导致欠压。当遇到过压、欠压故障时，应先检查检测电路是否完好，然后再对外部电源进行检查。

3.4　过热

过热也是一种比较常见的故障，主要原因:周围温度过高;风机堵转;温度传感器性能不良;马达过热。例如:一台数控车床主轴采用施耐德变频器，操作者反映在运行半小时左右报警。由于运行一段时间后才有故障，所以温度传感器坏的可能性不大，可能变频器的温度确实太高，通电后发现风机转动缓慢，防护罩里面堵满了很多灰尘，经打扫后开机运行良好，运行数小时后没有再报此故障。